□文/李愛民 顏 莓 魯衛(wèi)東

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，建設(shè)用地日趨緊張、地鐵線網(wǎng)加密后可選擇的線路路由狹窄、地上地下環(huán)境苛刻，環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)增高，使得常規(guī)明蓋挖施工方法造價超限或風(fēng)險難以控制；采用常規(guī)淺埋暗挖法雖可避免地面環(huán)境影響，但受到地質(zhì)、水文等環(huán)境條件限制，連續(xù)長距離施工區(qū)間，會大大增加工程實(shí)施風(fēng)險，大量抽取地下水或水泥化學(xué)漿液止水，會破壞水文地質(zhì)環(huán)境。盾構(gòu)法作為目前最安全、高效、經(jīng)濟(jì)的施工方法，廣泛應(yīng)用于地鐵區(qū)間建設(shè)，但目前基本局限于區(qū)間工程，均以單洞單線形式在站點(diǎn)之間推進(jìn)，未充分發(fā)揮其安全性高、長距離掘進(jìn)、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢。國外已有基于兩條單線盾構(gòu)隧道之間擴(kuò)挖形成車站的工程實(shí)例，但由于區(qū)間及車站占用地下空間較寬，受設(shè)備和建筑限界等控制需加大兩條盾構(gòu)隧道直徑，在狹長環(huán)境條件下難以實(shí)施。目前國內(nèi)針對盾構(gòu)結(jié)合暗挖法建造地鐵車站技術(shù)的研究，亦主要為雙線盾構(gòu)與淺埋暗挖法結(jié)合[1～2]，實(shí)際工程仍缺少案例。

因此，需要研究一種以連續(xù)推進(jìn)的單洞雙線大直徑盾構(gòu)隧道為基礎(chǔ)，站點(diǎn)全地下擴(kuò)挖形成車站的地鐵建造技術(shù)。這樣不但可以解決狹窄環(huán)境中線路路由的選擇問題，而且可發(fā)揮盾構(gòu)法安全高效的優(yōu)勢，減少地鐵建設(shè)對地上、地下環(huán)境的影響。本文以北京地鐵14號線試驗(yàn)段工程為背景，對單洞大直徑盾構(gòu)隧道結(jié)合淺埋暗挖法擴(kuò)挖車站結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行探討。

1 工程概況

北京地鐵14 號線東風(fēng)北橋站—高家園站區(qū)段全長約3.2 km，共包括東風(fēng)北橋站、將臺站、高家園站3個車站和2個站間區(qū)間，區(qū)段地質(zhì)以粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂為主，地下水位較高。將臺站、高家園站地面道路交通繁忙，部分現(xiàn)狀道路寬度僅16 m，道路兩側(cè)住宅、商業(yè)建筑密集，地下管線眾多，存在大直徑雨污水、高壓燃?xì)?、電信、電力等管線，拆改困難，不具備明挖條件。區(qū)間線路需多次下穿河流、居民樓、高壓電塔、天橋等建筑物，采用淺埋暗挖法施工風(fēng)險極大，采用盾構(gòu)法施工是該段區(qū)間的首選，但由于部分道路狹窄，一般單洞雙線的區(qū)間線路布置較困難；同時連續(xù)兩座車站暗挖法施工，風(fēng)險大、地下水處理困難，制約了區(qū)間盾構(gòu)法的工期，增加車站過站、調(diào)頭轉(zhuǎn)場等相關(guān)工程費(fèi)用和實(shí)施難度。

區(qū)間采用單洞大直徑盾構(gòu)法施工，實(shí)現(xiàn)單洞雙線一次穿越；車站范圍采用盾構(gòu)法與淺埋暗挖法結(jié)合修建車站的方法，在滿足建筑、設(shè)備使用功能的前提下，確定區(qū)間采用單洞雙線外徑10 m盾構(gòu)隧道，車站位置在盾構(gòu)隧道兩側(cè)局部暗挖形成側(cè)式站臺結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案。

2.擴(kuò)挖技術(shù)方案比選

2.1 車站整體布置形式

采用廳臺分離形式，交通繁忙、管線密布的道路范圍設(shè)置站臺層，大直徑盾構(gòu)結(jié)合淺埋暗挖法擴(kuò)挖施工；路側(cè)不受拆遷等現(xiàn)狀條件限制的部位，可結(jié)合現(xiàn)狀或規(guī)劃條件設(shè)置地面或地下集散廳，集散廳可化整為零，合廳、分廳形式均可滿足功能要求。在集散廳與擴(kuò)挖車站間，利用暗挖風(fēng)道、橫通道等實(shí)現(xiàn)廳、臺連接。

將站臺層與站廳層分離布置，實(shí)現(xiàn)了主線隧道、集散廳等功能布局獨(dú)立建設(shè)實(shí)施，減小了含水地層中淺埋暗挖法施工的規(guī)模和風(fēng)險，同時由于大直徑盾構(gòu)隧道過站連續(xù)推進(jìn)，為站位靈活布置提供了技術(shù)前提，車站與區(qū)間施工不再相互制約。

2.2 擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)形式及施工工序

隧道區(qū)間采用單洞雙線行車，襯砌環(huán)采用8+1 形式，分塊為6A+2B+1K，環(huán)寬1.8 m，錯縫拼裝。擴(kuò)挖車站范圍盾構(gòu)管片與區(qū)間隧道形式相同，采用通縫拼裝，為便于拆除，封頂塊設(shè)置于正上方[3]。目前國內(nèi)地鐵建設(shè)中，第四紀(jì)軟弱地層淺埋暗挖施工方法主要有正臺階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑、中隔壁法（CD 法）、交叉中隔壁（CRD 法）、洞樁法（PBA 法）等[4]；用于較大開挖斷面的主要為CRD法和PBA法。

整體工序：盾構(gòu)隧道通過車站站位后，先期施工隧道內(nèi)中柱和頂、底縱梁作為單柱雙連拱隧道的主要受力構(gòu)件，同時也作為拆除管片過程的主要豎向受力構(gòu)件；然后利用淺埋暗挖法自車站兩端或中部開挖剩余部分隧道斷面，同時拆除已受力管片。在開挖和拆除過程中，淺埋暗挖初襯結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)隧道管片、中柱等共同組成臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)，保證拆除施工和現(xiàn)澆二襯結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。為增強(qiáng)大直徑盾構(gòu)擴(kuò)挖工法環(huán)境適應(yīng)性，增加盾構(gòu)與淺埋暗挖法結(jié)合的靈活性，考慮CRD 法和PBA 法分別與盾構(gòu)隧道結(jié)合實(shí)施車站的設(shè)計方案，大直徑盾構(gòu)隧道擴(kuò)挖形成一柱兩跨雙連拱永久結(jié)構(gòu)。見圖1和圖2。

圖1 PBA工法方案

圖2 CRD工法方案

2.2.1 PBA法施工工序

1）盾構(gòu)施工，形成車站范圍盾構(gòu)隧道，在隧道內(nèi)施工中柱、臨時水平撐，自站端橫通道開挖側(cè)導(dǎo)洞，見圖3。

圖3 PBA法工序1

2）導(dǎo)洞內(nèi)施工灌注樁，打設(shè)中導(dǎo)洞管棚及洞門小導(dǎo)管注漿，開挖中導(dǎo)洞至側(cè)導(dǎo)洞底板位置，設(shè)置臨時封底，見圖4。

圖4 PBA法工序2

3）分段拆除盾構(gòu)隧道局部K 管片和上部盾構(gòu)管片，見圖5。

圖5 PBA法工序3

4）分段拆除側(cè)導(dǎo)洞隔壁，澆筑混凝土，完成二襯扣拱，見圖6。

圖6 PBA法工序4

5）拱頂混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，破除臨時封底繼續(xù)向下開挖，見圖7。

圖7 PBA法工序5

6）對稱拆除中部管片及相應(yīng)臨時支撐，見圖8。

圖8 PBA法工序6

7）繼續(xù)開挖至坑底，拆除下部管片及相應(yīng)臨時支撐，見圖9。

圖9 PBA法工序7

8）施工二襯結(jié)構(gòu)，見圖10。

圖10 PBA法工序8

2.2.2 CRD法施工工序

1）盾構(gòu)隧道施工，在隧道內(nèi)施工中柱、水平撐，開挖上排側(cè)導(dǎo)洞，見圖11。

圖11 CRD法工序1

2）自站端橫通道開挖上排中導(dǎo)洞，與盾構(gòu)管片形成連接，見圖12。

圖12 CRD法工序2

3）開挖中排導(dǎo)洞，與盾構(gòu)管片形成連接，見圖13。

圖13 CRD法工序3

4）繼續(xù)開挖下排導(dǎo)洞，與管片連接，封閉整體初襯，見圖14。

圖14 CRD法工序4

5）縱向分段拆除管片，隨拆除架設(shè)水平橫撐，見圖15。

圖15 CRD法工序5

6）分段施工底部防水層、二襯底板及部分側(cè)墻，見圖16。

圖16 CRD法工序6

7）設(shè)置倒撐后，沿隧道縱向分段拆除上部橫撐，見圖17。

圖17 CRD法工序7

8）施工剩余防水層，封閉二襯，見圖18。

圖18 CRD法工序8

2.3 方案對比分析

通過工序可以發(fā)現(xiàn)，兩種開挖方法在結(jié)構(gòu)受力方面的共同點(diǎn)主要為：

1）盾構(gòu)隧道內(nèi)須先施工中柱、中梁，為受力轉(zhuǎn)換提供條件，方可實(shí)施暗挖初襯與盾構(gòu)管片的連接；

2）盾構(gòu)隧道內(nèi)設(shè)置水平支撐保證管片結(jié)構(gòu)在暗挖施工及拆除管片階段的穩(wěn)定，同時傳遞水平荷載，減少偏載產(chǎn)生的不利影響；

3）頂部暗挖初襯與管片連接并傳遞荷載至中柱，初襯、管片、中柱（頂梁）組合受力節(jié)點(diǎn)為施工階段結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵點(diǎn)；

4）二襯均為整體現(xiàn)澆，結(jié)構(gòu)受力、防水效果好。

但在與盾構(gòu)隧道結(jié)合擴(kuò)挖施工過程中，兩種工法施工階段臨時支護(hù)體系和工期等方面存在著較明顯的區(qū)別，見表1。

表1 PBA法與CRD法擴(kuò)挖比較

續(xù)表1

由表1 可知：在保證一次拆除整環(huán)管片穩(wěn)定性的前提下，CRD工法是可行的；同時也可以看到，PBA 工法結(jié)合盾構(gòu)隧道施工，形成單柱雙跨拱形結(jié)構(gòu)在各方面均存在一定優(yōu)勢。

在衛(wèi)可S溶液中加入液態(tài)的單丙二醇（MPG）可將其結(jié)冰點(diǎn)降至-10℃，同時不會影響其功效，從而確保建筑物和場地入口處的屏障控制設(shè)備，例如腳踏消毒盆和車輛噴霧消毒在嚴(yán)冬季節(jié)仍可保持液態(tài)?！靶l(wèi)可S和衛(wèi)可LSP都為畜牧生產(chǎn)商和養(yǎng)殖戶提供了可靠的消毒性能和適用性，可以滿足現(xiàn)實(shí)中的農(nóng)場條件需求，從而成為各個季節(jié)保障圈舍、各類表面、設(shè)備、車輛和鞋類物品生物安全的首選消毒劑?！盋ho補(bǔ)充道。

2.3.1 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)受力工況

對PBA 工法和CRD 工法各施工工序受力進(jìn)行分析，各階段結(jié)構(gòu)受力特性存在關(guān)鍵差異。

1）偏載影響：由于施工中難以做到完全對稱開挖，在偏載作用下，中柱、管片內(nèi)力與對稱開挖工況相比有較大突變。PBA 工法在二襯扣拱前，主要靠隧道內(nèi)部支撐平衡兩側(cè)偏載，上排中導(dǎo)洞單側(cè)非對稱開挖時，管片局部位置彎矩增加1.15～1.5 倍，中柱產(chǎn)生柱中彎矩和柱端剪力，二襯扣拱后，抗側(cè)力能力明顯增強(qiáng)且開挖、拆管片階段均在邊樁、二襯扣拱保護(hù)下進(jìn)行；CRD工法在兩側(cè)導(dǎo)洞開挖階段，偏載影響的工序多、時間長，存在偏載影響較大情況。

2）盾構(gòu)隧道內(nèi)支撐：PBA工法擴(kuò)挖施工階段，盾構(gòu)內(nèi)第一道支撐以受拉為主，第二道支撐在不同工況可能出現(xiàn)受拉、受壓情況，第三道支撐以受壓為主；CRD工法根據(jù)導(dǎo)洞隔板，第一道支撐以受拉為主[5]，最大軸力為PBA工法中第一道撐的1.15倍，第二道支撐軸力在受壓、受拉間變化，支撐與管片連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)根據(jù)受力需要設(shè)置，為平衡偏載，支撐要與中柱可靠連接，由于內(nèi)部支撐較少并缺少邊樁作用，施工階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形相對較大，初襯拱頂豎向彈性變形值為PBA工法的1.5倍。

2.3.2 對地層環(huán)境變形影響

采用同濟(jì)曙光有限元程序地層結(jié)構(gòu)模型模擬施工過程，相同模型、相同參數(shù)條件下，兩種工法對地層變形影響見圖19和圖20。

圖20 CRD工法擴(kuò)挖

由圖19 和圖20 可知，CRD 法施工階段地面變形最大值為-0.056 m，PBA法施工階段地面變形最大值為-0.045 m，CRD 工法沉降值約為PBA 工法的1.25倍。PBA工法在邊樁、暗挖扣拱、中柱的形成過程和聯(lián)合受力情況下，變形更小，結(jié)構(gòu)安全度更高。

3 結(jié)論

采用大直徑盾構(gòu)擴(kuò)挖修建車站，將盾構(gòu)法和淺埋暗挖法有機(jī)結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，既可以實(shí)現(xiàn)狹窄道路條件下的線路布置，又可以實(shí)現(xiàn)城市密集建構(gòu)筑物環(huán)境下的快速高效施工，為解決困難地段的地鐵車站修建問題提供思路。擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)利用盾構(gòu)管片和淺埋暗挖支護(hù)結(jié)構(gòu)作為臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)，能有效保證施工階段隧道整體穩(wěn)定和管片拆除施工安全；永久結(jié)構(gòu)形式結(jié)合建筑布置形成單層一柱兩跨鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，即盾構(gòu)中洞-邊樁法結(jié)構(gòu)，能夠保證防水的整體性和結(jié)構(gòu)耐久性。

通過擴(kuò)挖技術(shù)分析，PBA法和CRD法作為淺埋暗挖法中常用工法，均可與盾構(gòu)隧道結(jié)合使用，但擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)結(jié)合PBA工法相對CRD工法具有以下優(yōu)勢：

1）施工期間受力轉(zhuǎn)換簡捷，安全性較高；

2）上部導(dǎo)洞開挖并實(shí)施二襯扣拱后，在邊樁、中柱、二襯扣拱組成整體支護(hù)體系，結(jié)構(gòu)抗偏載、抗變形能力較強(qiáng)；

3）對周邊環(huán)境影響較?。?/p>

4）土方開挖等工序進(jìn)度較快，節(jié)省工期。

通過方案比選研究，大直徑盾構(gòu)隧道結(jié)合淺埋暗挖法擴(kuò)挖技術(shù)，采用PBA工法修建地鐵車站方案實(shí)施性較強(qiáng)、安全性較好，形成的盾構(gòu)中洞-邊樁法擴(kuò)挖結(jié)構(gòu)滿足結(jié)構(gòu)受力和施工等綜合要求。